Резисторный усилитель напряжения

Усилитель, в котором в выходной цепи активного прибора включен резистор, называется резисторным. На рис. 1 приведены основные схемы одного каскада усилителя на биполярном транзисторе (а), полевом транзисторе (б) и электронной лампе (в).

С сопротивления R снимается усиленное напряжение и подается на следующий каскад. Линейность усиления обеспечивается правильным выбором режима работы активного элемента. Рабочая точка выбирается на середине прямолинейного участка передаточной характеристики.

Для установления необходимого режима работы биполярного транзистора на его базу с помощью делителя R₁, R₂ подается напряжение смещения U_см. Для стабилизации работы транзистора при изменении температуры в цепь эмиттера включается резистор R_э. Чтобы сопротивление R_э не влияло на переменный ток, его шунтируют емкостью С_э, такой чтобы выполнялось неравенство . Назначение конденсаторов С_и и С_к такое же, как С_э.

Напряжение смещения на затворе полевого транзистора обеспечивается резистором R_и. Аналогичную роль играет сопротивление R_к в цепи катода электронной лампы.

Чтобы не было постоянного напряжения на выходе усилителя, включается разделительный конденсатор С_р. Резисторы R_к (а), R_с (б), R_а (в) являются нагрузками усилителей.

Для анализа работы усилителей и их расчета применяют схемы замещения. В схемах замещения не учитываются элементы, задающие режим работы. Это источники питания, ячейки смещения, цепи температурной стабилизации.

В схемах замещения активный прибор заменяется эквивалентным источником тока с внутренней проводимостью G_i = 1/R_i . При построении схемы замещения биполярного транзистора, полевого транзистора или лампы рассматривается эквивалентная схема только выходной цепи.

Емкость С₀ включает в себя межэлектродную емкость активного элемента, а также емкость внешней цепи, шунтирующей нагрузочный резистор R_н и емкость монтажа.

Эквивалентная схема каскада резисторного усилителя (рис. 2) является обобщенной, применимой к любому активному элементу. В случае транзисторного усилителя под крутизной S следует подразумевать величину h_21э/R_вх, а под G_i – параметр h₂₂. В схеме замещения учитывается также разделительный конденсатор С_р и сопротивление R.

Коэффициент передачи усилителя по напряжению в широкой области частот удобно вычислять для трех частных случаев.

Первый случай: область средних частот. Для средних частот справедливы неравенства

При этом обеими емкостями можно пренебречь, учитывая, что емкость С_р включена последовательно с R и падение напряжения на ней гораздо меньше выходного напряжения; а емкость С₀ включена параллельно R и ток, текущий через нее, гораздо меньше тока через любой из резисторов. Тогда упрощенная эквивалентная схема для средних частот принимает вид, представленный на рис. 3. Коэффициент передачи схемы

где , , .

Если R>>R_i , то .

Второй случай: область верхних частот.

Для верхних частот справедливы неравенства: .

Поэтому емкостью разделительного конденсатора можно пренебречь, а емкость С₀ необходимо учитывать. Эквивалентная схема усилителя для верхних частот представлена на рис.4. Коэффициент передачи схемы , где , - проводимость цепи. Тогда , .

Модуль коэффициента передачи К_в равен: .

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики определяется коэффициентом частотных искажений

Значение допустимых частотных искажений зависит от области применения усилителя. Граничными частотами принято считать такие частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается в раз:

или

или отсюда .